廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物 協(xié)同好氧堆肥效果及產(chǎn)品性質(zhì)

彭麗娟 唐若蘭 李軍港 袁京 李國學

廚余垃圾含水率高、易腐爛。在北京南宮堆肥廠4m高的隧道發(fā)酵倉中堆肥發(fā)酵時，堆體高度難以達到1.5m，隧道空間利用嚴重不足，堆體難以升溫，同時發(fā)酵過程中產(chǎn)生大量滲濾液。這嚴重阻礙了堆肥的正常運轉(zhuǎn)，直接制約了廚余垃圾資源化利用，迫切需要技術(shù)工藝優(yōu)化與配置升級改造。

前期研究表明，農(nóng)林廢棄物與廚余垃圾混合，具有有效改善堆體結(jié)構(gòu)、增大物料孔隙度、調(diào)節(jié)堆體含水率等功效，具有縮短堆肥周期、提高堆體腐熟度等優(yōu)點。因此，將二者進行協(xié)同好氧堆肥處理，解決分類后逐漸增加的廚余垃圾堆肥問題，具有可行性。本研究選用價廉易得的高碳源農(nóng)林廢棄物（包括園林剪枝、西瓜秧、玉米秸稈）與廚余垃圾進行協(xié)同好氧堆肥處理，分析不同輔料添加比例下堆肥的理化性質(zhì)、腐熟度以及產(chǎn)品性質(zhì)，以期探究出能減少滲濾液產(chǎn)量、提升產(chǎn)品穩(wěn)定性和腐熟度的物料配比，為堆肥工藝優(yōu)化提供技術(shù)支持。

一、材料與方法

（一）堆肥材料

本試驗以分類后廚余垃圾為原料，以粒徑控制在40～50mm以下的玉米秸稈（CS）、園林剪枝（GP）和西瓜秧（WS）按一定比例混合后，作為輔料加入到廚余垃圾中進行堆肥。其中廚余垃圾主要含有60.79%菜葉、8.96%剩飯、19.31%果皮、3.68%蛋殼、1.97%骨頭以及5.29%其他物質(zhì)（以濕重計），主要分布在<30mm粒徑段，其次為>80mm和50～60mm的較大粒徑段，其他粒徑段含量較少。堆肥原料的理化性質(zhì)如表1所示。

（二）試驗設計

本研究采用模擬隧道發(fā)酵倉堆肥高度的中試密閉堆肥倉（1m×1m×3.5m）中進行廚余垃圾堆肥試驗。堆肥倉配備了上、中、下三個溫度探頭，自動控制系統(tǒng)連接溫度傳感器和通風裝置，以實現(xiàn)溫度記錄和通風控制，堆肥倉示意圖如圖1所示。本試驗根據(jù)所添加的三輔料（其中CS：GP：WS=1：1：1）比例不同，共設置5個處理過程，分別添加5%（T1）、10%（T2）、12.5%（T3）、15%（T4）和20%（T5）三輔料。此外，為緩解餐廚垃圾酸化導致升溫緩慢的問題，堆肥中添加了1%（以干重計）的生石灰。整個堆肥周期設為20天，其中第1～10天為高溫發(fā)酵階段，通風速率為0.05～0.15m3/m3·min;第10～20天為后熟化階段，通風速率為0.02m3/m3·min。在堆肥開始后第0、2、6、10、20天，在發(fā)酵倉的上、中、下三點每次分別采集約300g固體樣品用于后續(xù)指標的測定。

（三）分析方法

將新鮮固體樣品在105℃下干燥約8小時至恒重來測量含水率。將新鮮固體樣品與去離子水按質(zhì)量比1：10混合，振蕩30min得到浸提液，用于測定基質(zhì)pH值、電導率（EC）和種子發(fā)芽指數(shù)（GI）。pH值用pH計（pHS-3C，上海雷磁，中國）測量，EC用電導儀（ST3100M，Ohaus，中國）測量。GI則按照Wang等人（2022年）描述的方法測量。元素分析（C、N）用vario MACRO立方元素分析儀（Elementar Analysensystem，Germany）測量。鉻（Cr）、銅（Cu）、鋅（Zn）、磷（P）、鉀（K）采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（5800ICP-OES，安捷倫，美國）測定。汞（Hg）、砷（As）采用原子熒光法測定。鎘（Cd）、鉛（Pb）采用原子吸收法測定。

二、結(jié)果與討論

（一）理化指標

除5%三輔料處理外，所有其他處理均可在3～7天迅速上升至55℃以上的高溫（圖2a）。其中20%三輔料處理溫度在堆肥第3天達到了55℃以上，最高溫度達到了74.3℃，高溫期從第3天持續(xù)到了第20天。添加10%、12.5%和15%三輔料的處理分別在第7、5、3天進入高溫期（>55°C），5%三輔料處理在堆肥進行的第13天才達到高溫。由此可見，三輔料添加比例大于12.5%時可以使堆體快速進入高溫期，延長高溫持續(xù)時間，加速堆體腐熟，縮短堆肥周期。

整體看來，各處理含水率呈不斷下降趨勢，而其他各處理含水率均低于5%三輔料處理（圖2b）。到堆肥結(jié)束時，添加12.5%和20%三輔料的處理含水率最低，分別為62.62%和61.54%;5%三輔料處理含水率為68.97%。堆肥開始時，隨著輔料配比的升高，滲濾液產(chǎn)率逐漸降低，5%三輔料和20%三輔料處理差異顯著，初始產(chǎn)率分別為7.2%和0.1%（圖2c）。當輔料添加比例由5%增至12.5%時，滲濾液累計產(chǎn)率由19.7%降至7.2%;當輔料添加比例增至20%時，滲濾液累計產(chǎn)率為1.0%。由此可見，當輔料施用比例大于12.5%時，可以顯著減少由廚余垃圾的高含水率產(chǎn)生的大量滲濾液。

（二）腐熟度指標

在整個堆肥周期，pH值表現(xiàn)為先下降后上升（圖3a）。堆肥初期，厭氧環(huán)境導致物料降解產(chǎn)生有機酸，使pH值下降;隨著堆肥溫度的升高，堆體中的部分乙酸、丁酸揮發(fā)，同時含氮有機物分解，產(chǎn)生大量銨氮，使堆體pH值上升。除15%三輔料處理外，各處理初始pH值均在7以下，呈現(xiàn)出弱酸性，且在0～6天各處理pH值均呈酸性。到堆肥結(jié)束時，除12.5%和15%三輔料處理外，其余處理pH值在6以上。其中，10%三輔料處理pH值最高，為7.26?？傊?，所有堆肥產(chǎn)品pH值均在5.5～8.5之間，滿足《有機肥料》（NY/T 525-2021）中酸堿度要求。

整體看來，各處理EC值呈現(xiàn)增加趨勢（圖3b），主要是由于微生物的活性較強，大量有機物的分解使得堆肥中的可溶性鹽類含量增多。除了10%和12.5%三輔料處理，添加5%、15%和20%三輔料的處理EC分別為3.92、3.89、3.78mS/cm，均小于4.0mS/cm，堆肥產(chǎn)品均達到了基本腐熟，滿足《有機肥料》（NY/T 525-2021）標準。

隨著堆肥的進行，所有處理的GI值均呈逐漸上升的趨勢（圖3c）。隨著輔料添加比例的增加，GI值也逐漸增加。尤其是添加比例由5%增加至12.5%時，GI值由30.11%增加至70.1%。12.5%、15%和20%三輔料處理均達到《有機肥料》（NY/T 525-2021）中規(guī)定的GI值>70%的指標，分別為70.1%、70.9%和72.2%。

（三）堆肥產(chǎn)品性質(zhì)

表2為各處理廚余垃圾堆肥產(chǎn)品的有機質(zhì)、養(yǎng)分和重金屬含量。在堆肥過程中，各處理有機質(zhì)含量不斷下降，但均滿足《有機肥料》（NY/T 525-2021）標準（有機質(zhì)含量≥30%）。由于有機物礦化會導致堆體體重減輕發(fā)生濃縮效應，總養(yǎng)分（以N+P2O5+K2O計）含量增加，各處理含量均>4.0%，具有較高的營養(yǎng)價值。對于各處理重金屬含量，鋅的含量最高（80.30～149.00mg/kg），其次為銅和鉻（7.52～94.60mg/kg和17.30～74.60mg/kg），再者是鉛（2.61～3.49mg/kg），鎘、汞、砷的含量保持在較低范圍（0.070～0.125mg/kg、0.061～0.187mg/kg和0.538～0.964mg/kg），遠低于《有機肥料》（NY/T 525-2021）中重金屬濃度標準。

三、結(jié)論

在北京全面實行垃圾分類后，廚余垃圾分出率顯著提高，廚余垃圾與農(nóng)林廢棄物協(xié)同堆肥是實現(xiàn)廚余垃圾資源化利用的有效方式。本研究顯示，添加濕重12.5%以上的農(nóng)林廢棄物作為輔料，可有效提高和延長廚余垃圾堆肥高溫期，提高腐熟度，降低滲濾液產(chǎn)量，且堆肥產(chǎn)物的種子發(fā)芽指數(shù)（GI）、有機質(zhì)、養(yǎng)分含量、重金屬含量均達到《有機肥料》（NY/T 525-2021）標準。研究結(jié)果對提高垃圾分類水平和推動廚余垃圾資源化處理具有重要的指導意義。

參考文獻

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作者簡介：

彭麗娟（1999—），女，重慶榮昌人，中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院碩士生，研究方向：廢棄物處理與資源化利用;

唐若蘭（1996—），女，湖南常德人，中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院碩士生，研究方向：廢棄物處理與資源化利用;

李軍港（1982—），江蘇豐縣人，北京環(huán)境衛(wèi)生工程集團有限公司董村園區(qū)運營管理分公司中級工程師，研究方向：固體廢棄物處理、填埋場封場工程、生態(tài)修復等;

袁京（1988—），女，山西呂梁人，中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院副教授，研究方向：廢棄物處理與資源化利用;

李國學（1963—），吉林扶余人，中國農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院教授，研究方向：廢棄物處理與資源化利用。